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    • 論文
    主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

    “黃河流域礦區生態保護與可持續發展”專題

    來源:煤炭學報

    黃河流域生態保護和高質量發展是事關中華民族偉大復興的千秋大計,要綜合治理、系統治理、源頭治理。黃河流域礦區生態環境修復是整個大黃河流域生態修復的重要組成部分。黃河流域成為我國煤炭開發規模最大的地區,我國14個大型煤炭生產基地有9個分布在黃河流域,煤炭年產量約占全國總產量的70%左右。黃河流域面積約80萬平方公里,其中含煤區域面積超過35.7萬平方公里。

    煤炭開發對地表環境和生態、地表水和地下水資源產生嚴重影響,成為黃河流域生態環境最嚴重的人為干擾因素。黃河流域生態修復不僅僅是黃河水沙協調,更是黃河流經所滋養和直接影響的地理生態學區域的保護與修復。十八大后生態文明建設、美麗中國建設的戰略思想為綠色礦山建設帶來了新的機遇與挑戰,保護黃河,就是保護母親河。

    為了配合國家和行業對綠色礦山的重大戰略需求,交流共享礦業領域對流域礦區土地復墾與生態修復方面取得的最新科技成果,推動我國能源與環境可持續發展?!睹禾繉W報》編輯部特邀中國礦業大學(北京)彭蘇萍院士、畢銀麗教授共同擔任客座主編,策劃本專題。

    行業視野

    環境保護

    類別

    122個

    關鍵詞

    146位

    專家

    28篇

    論文

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    • 作者(Author): 《煤炭學報》

      摘要:本期封面為“黃河流域礦區生態保護與可持續發展”專題
    • 作者(Author): 《煤炭學報》

    • 作者(Author): 彭蘇萍, 畢銀麗

      摘要:  黃河流域是我國重要經濟地帶,也是我國重要的生態屏障。2019年9月18日,習近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會并發表重要講話。2020年8月31日,中共中央政治局召開會議審議了《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》。會議提出,黃河流域生態保護和高質量發展是事關中華民族偉大復興的千秋大計,要綜合治理、系統治理、源頭治理?! ↑S河流域生態保護不僅針對黃河本身治理,也包括黃河流經所滋養和直接影響的地理生態學區域保護。以近20 a來該流域高速發展的煤炭工業為例,我國14個大型煤炭生產基地有9個分布在黃河流域,黃河流域煤炭不僅儲量大而且煤種齊全,煤質好,賦存條件好,是我國煤炭開發規模最大的地區,煤炭年產量約占全國總產量的70%。最近,我國煤炭地質工作者對鄂爾多斯盆地富油煤進行了初步評價和研究,發現煤的焦油產率最高超過17%,僅陜西省富油煤總量就達1 500億t以上。預測全盆地富油煤總量大于3 000億t,煤中潛在的油資源量約300億t,氣資源量約45萬億m3,這一地區將會成為我國重要的煤基油氣資源富集區,對立足國內增加油氣供給具有十分重要的意義??梢灶A見,在未來的10 a內,黃河流域煤炭的產能還有進一步加大的趨勢!   中共中央政治局會議把水資源作為黃河生態保護最大的剛性約束是十分正確的。黃河流域煤炭開采引起地表沉陷、地面塌陷和裂縫,對地下水資源和生態環境產生嚴重的影響。煤層開采形成的導水裂縫貫通地表,煤炭規模開采導致礦區地下水位大范圍和大幅度疏降,天然泉眼在逐步消失,地表水系逐年干涸,導致大面積的喬、灌、草等荒漠植被衰敗減少,加速了荒漠化進程,形成了水資源與生態環境之間的惡性循環?! ↑S河流域煤炭基地的生態環境修復是整個大黃河流域生態修復的重要組成部分,其生態環境保護與修復要堅持“綠水青山就是金山銀山”的理念,更要有“開發金山銀山再造綠水青山”的決心。西部大開發以來,煤炭開采重心已經從東部轉移到西部,尤其是在黃河流域。針對黃河流域不同煤礦區開發過程對水、土資源受損的影響程度與范圍,揭示其對生態系統結構功能的影響。利用生態自修復規律與人工修復方法有機結合,實現主動治理,使煤礦區生態環境修復成為黃河流域生態治理的典范并推廣至其他行業,實現黃河流域煤礦區生態環境修復的可持續發展?! ♂槍S河流域礦區生態保護與可持續發展的關鍵技術問題,《煤炭學報》于2021年第5期策劃出版“黃河流域礦區生態保護與可持續發展”專題,共收到來稿125篇,最終錄用刊登25篇。論文涉及黃河流域礦區地質環境監測技術與方法、開采沉陷與環境治理技術、水資源保護與利用、生態修復技術與方法、山水林田湖草綜合治理、水土保持與改良技術、生態格局規劃與修復模式、礦區生態演變規律的探測信息技術與方法、礦區生態水文特征等研究方向。希望該專題的出版,能給從事礦山生態修復的廣大科技工作者以借鑒與啟迪?! ≡趯n}刊出之際,衷心感謝各位專家學者的大力支持,特別感謝各位評審專家認真細致的審閱并提出中肯意見,以及《煤炭學報》編輯部為本專題的策劃、評審和出版所付出的辛勤工作。
    • 作者(Author): 畢銀麗, 彭蘇萍, 杜善周

      摘要:露天煤礦開采對生態環境最嚴重和直接的影響是對水資源破壞與土地資源的挖損占壓,對生態系統的種群破壞。西部干旱半干旱露天礦區生態重構的關鍵是水資源保護與利用、排土場土層結構重構、表土改良和植被優化組合。西部干旱半干旱露天礦區生態重構核心是研發露天礦區巖層結構與含水量探測技術,監測地下水存在的范圍與邊界。以水資源量為約束,構建排土場近地表合理的土層結構,實現重構土層保水與涵水動態協調供給。提出干旱半干旱露天礦排土場近地表高效低成本的表土生態層-涵水層-隔水層的三層土層重構結構模型,研發物探檢測成套技術與裝備,監測礦坑水來源、排土場土層結構與含水率,保證生態工程水資源有效利用。結合土地的生態承載力,對排土場重構生態進行功能分區與景觀設計。開發新型微生物菌劑培養配方,揭示微生物改良土壤及抗逆境機理,形成較好的有機生物立體生態重構模式,可產生較好的經濟、生態和社會效益,促進礦區綠色可持續發展。通過對西部干旱半干旱露天礦區及其周邊環境動態觀測,在生態條件差的地區,人工干預能有效地打破原始生態禁錮,刺激生態正向發展,獲得西部干旱半干旱露天礦區自然與人工生態協調發育規律。解豁了科技界擔心大規模的煤炭開發使西部干旱半干旱地區的生態環境進一步惡化,造成“雪上加霜”效應的難題。同時針對西部干旱半干旱區露天礦排土場重構土壤的結構差、肥力低、植物種類單一,重構生態難的現狀,采用微生物-植物聯合修復技術,研發多型號生物修復菌劑和基質,有效地促進了植物根系發育,增強了植物抗土壤壓實、養分貧瘠、干旱缺水及易鹽堿化等逆境的生理生化反應,人工干預重構后的生態環境比原生態效應提高10倍以上。實踐了西部露天煤礦區既要金山銀山,再造綠水青山的生態理念。
    • 作者(Author): 王雙明, 師慶民, 王生全, 申艷軍, 孫強, 蔡玥

      摘要:黃河中上游是國家大型煤炭基地集中分布區,也是我國富油煤的主要生產區。受我國“缺油、少氣、相對富煤”資源稟賦特點的制約,煤炭安全綠色開采,清潔低碳利用已成為保障國家能源安全的重大需求。實現黃河流域富油煤開發與生態環境保護協調發展,對緩解我國油氣供應緊張、保障能源戰略安全具有重要的科學價值和現實意義。富油煤是集煤油氣屬性為一體的煤炭資源,其油氣潛力、特殊性、關鍵地質問題亟需研究,綠色低碳化開發技術亟待探索。① 富油煤主要賦存于中低階煤類中,主要特點是富含較多富氫結構;在隔絕空氣加熱時,可生成油、氣和半焦。半焦主要成分為固定碳,與無煙煤相近;氣體的主要成分是CH4,H2,CO等,可以作為燃料氣和原料氣;油為煤焦油,類似于重質石油,可通過前處理、加氫精制和加氫催化裂化工藝等達到清潔燃料油標準;② 富氫結構是富油煤具有油氣資源屬性的物質基礎,研究富氫結構的巖石學、沉積學特征及變化規律,分析富氫結構物質來源、沉積轉化、變質演化、聚集規律及地質驅動機制,是構建富油煤預測模式與評價理論的基礎;③ 梯級利用和原位熱解是富油煤綠色低炭開發的重要途徑。富油煤地面熱解-氣化一體化、熱解-化工-發電一體化技術可以實現清潔高效利用,井下原位熱解有望破解清潔低炭利用的難題。其中,礦井式原位熱解技術通過井巷工程布置方式,利用井下巷道開展煤層分割、保溫封閉,通過煤層原位加熱實現井下熱解生產油氣;鉆孔式原位熱解技術通過注熱孔加熱和油氣抽采孔回收油氣,也可借助人工輔助造縫,實現加熱回收油氣。將富油煤作為煤基油氣資源管理和開發,是新時代煤炭工業高質量發展的重要取向。
    • 作者(Author): 卞正富, 于昊辰, 雷少剛, 尹登玉, 朱國慶, 牟守國, 楊德軍

      摘要:黃河流域煤炭資源富集與生態環境脆弱并存,亟待破解煤炭資源開發與生態環境保護的矛盾,構建黃河流域高質量發展新格局。為此,構建了黃河流域資源環境承載力指標體系,揭示了黃河流域資源環境承載力指數的時空規律;重新審視了煤炭資源開發強度測算方法,量化了黃河流域42個煤礦區的煤炭資源開發強度;利用耦合協調度模型測度了礦區尺度煤炭資源開發強度與區域尺度資源環境承載力的匹配程度。結果發現,下游以高級協調為主,顯著高于中上游。但中上游變化趨勢有差異:中游從初級協調(0.63)降至勉強協調(0.55);上游以初級協調為主,耦合協調度從0.60提升至0.62。隨著能源戰略重心西移,晉陜蒙寧四省區的煤炭開發強度不斷增大,特別是榆橫、榆神、吳堡、離柳等礦區煤炭資源開發強度已然與資源環境承載力不匹配;青海木里礦區從勉強協調(0.53)降至中度失調(0.25),降幅超50%;甘肅整體改善幅度較大,各礦區均有不同程度提升?;诖?,研判黃河流域煤炭資源保護性開發利用戰略:①要從“水資源-煤炭資源-社會經濟-生態”的全局性視角探析黃河流域“煤水雙?!?;②與資源環境承載力不相匹配的煤炭開發方式亟需改進或退出;③煤炭資源開發應與更大尺度的國土空間規劃相協同;④加強閉礦后礦業廢棄地與廢棄礦井的資源化利用。鑒于黃河流域地域跨度大、礦區分布廣,歷史遺留問題較多、潛在生態風險較高,點上問題亟待解決、線上問題不容忽視、面上問題更需重視。建議將黃河流域煤礦區劃分為青甘保育區、蒙寧陜風沙區、晉陜黃土區、豫魯平原區4類區域,未來煤炭資源開發與生態修復應實施分區管控、分類治理、分級修復、分步推進,堅持生態保護與修復并舉、自我恢復與人工修復并重,以期為黃河流域生態保護與煤炭高質量發展提供科技支撐。
    • 作者(Author): 胡振琪, 袁冬竹

      摘要:黃河下游流經河南和山東兩省,該區域為沖積平原地貌,既是我國的糧食主產區,也是重要的煤炭基地。平原煤礦區煤炭開采最主要的生態環境問題是采煤塌陷并嚴重積水,造成耕地面積減少、生態環境惡化。本文以黃河下游平原煤礦區采煤塌陷地為研究對象,針對治理范圍、積水機理和穩沉性分析這三大采煤塌陷地治理的基礎性問題進行探討,并研究其治理戰略。研究表明:(1)采煤塌陷地治理范圍是一個隱伏信息,比較難以精準確定。傳統以下沉10mm的沉陷邊界作為治理范圍往往過大,應以塌陷對建筑物和耕地的損毀邊界作為采煤塌陷地治理范圍,對建筑物的損害邊界以臨界變形值i=3mm/m,ε=2mm/m,K=0.2mm/m2來確定,耕地損毀邊界以對耕地生產力開始產生影響的臨界下沉值、臨界傾斜值、臨界水平變形值的最小值來圈定,并提出耕地損毀臨界變形值計算方法和治理范圍圈定方法。(2)采煤塌陷地積水是平原礦區生態損毀的主要特征和優選治理技術的關鍵,它主要與地表下沉量、潛水位、氣候、土壤結構和質地等因素有關,本文通過厘清塌陷后的地表與潛水位的關系,闡述了塌陷積水的機理及動態過程,并以是否積水作為土地損毀程度評價的重要標準。(3)塌陷穩定性是治理措施和時機選擇的關鍵,本文提出了基于治理階段性和考慮未來(周邊與多煤層)開采影響的塌陷穩定性分析方法。(4)針對黃河下游平原煤礦區耕地損毀嚴重的問題,改變傳統的“末端治理理念”和“零和博弈思維”,提出了“采煤與耕地保護協同發展戰略”和“邊采邊復戰略”,可有效保護和恢復耕地,實現煤炭開采與生態保護的協同發展。
    • 作者(Author): 侯恩科, 謝曉深, 王雙明, 龍天文, 石增武, 楊征, 黃永安, 謝永利, 陳真, 白坤, 馬越, 郭亮亮, 王崗

      摘要:煤炭開采對風化基巖含水層和潛水含水層的影響是榆神礦區“保水采煤”研究的重點。為揭示榆神礦區風沙灘地區中深埋厚煤層開采條件下地下水動態變化規律和機理,以榆神礦區中部某礦首采工作面(01工作面)為研究區,采用鉆探、地下水位觀測、野外實地探查和綜合分析等方法,研究了采動地下水動態變化規律及其與覆巖損害和地表下沉之間的耦合關系。結果表明:① 風化基巖含水層水位隨回采表現出“先下降后回升”并恢復至初始水位的動態變化過程,中間可分為“快速下降”、“回升恢復”和“穩定波動”3個階段,平均持續時長為102 d。在水位快速下降階段,水位最大降深、平均下降速率均呈正態分布,且與距工作面中心距離呈指數函數關系;水位回升恢復階段,持續時長和平均回升速率與距工作面中心距離呈負相關關系;② 當潛水含水層分布局限、側向補給缺乏時,潛水含水層水位出現“先下降后回升”和“持續下降”至穩定2種動態變化規律,且均未恢復至初始水位;③ 面內風化基巖含水層水位動態變化過程與風化基巖層的劇烈下沉密切相關,風化基巖層下沉速度的增大和減小過程分別對應水位的下降和回升過程,水位下降則與其下沉、臨時性裂隙和離層發育有關,水位回升則是下沉減緩、臨時性裂隙和離層的閉合以及含水層側向補給因素有關;面外風化基巖含水層水位的動態變化則與其側向補給有關;④ 面內潛水位的動態變化過程與地表下沉密切相關,其水位下降與地表活躍階段早期劇烈下沉具有同時性和一致性,地表下沉造成的潛水水頭差和潛水的滲流出露是造成水位下降的主要原因;水位回升則是地表進入活躍階段后期和衰退階段,高位潛水側向補給和大氣降水補給造成的;面外潛水位持續下降則是潛水側向滲流和補給不足造成的;⑤ 中深埋煤層開采條件下,導水裂隙帶一般不會導通至風化基巖層,風化基巖含水層水和潛水含水層水不會因采動導水裂隙而漏失,風化基巖水位可恢復,潛水含水層水位會因采動地表移動發生變化。

    主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司 中國煤炭學會學術期刊工作委員會

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